钉载孔挤压强化元件疲劳寿命研究

 <正> 钉孔挤压强化能大幅度地提高构件(试件)的疲劳寿命〔1〕。但由于钉孔挤压后的变化，钉载孔疲劳寿命的预测增加了难度，目前尚无成熟的办法。本文提出了一种钉孔挤压强化疲劳寿命计算的实际工程应用办法。首先计算孔挤压后的残余应力场，然后计算挤压孔的疲劳寿命。     

飞机结构紧固件孔冷挤压残余应力场分布数值模拟研究

针对大型飞机研制过程中冷挤压强化技术的应用,限于当前的测量技术的发展,基于ABAQUS商用有限元软件建立了3D有限元模型用以研究冷挤压后带孔圆板残余应力场在三维空间中的分布,并分析说明了采用该3D有限元模型进行数值模拟的可行性和精确度。结果表明:残余应力场沿板厚度方向的分布存在着3个典型的区域,不同区域对于挤压量的响应不同;挤压量的变化对于单孔圆板接近上表面的孔壁区域影响最大,较大的挤压量会使得这一区域切向残余压应力场不再存在。     

孔挤压强化对超高强7055-T7751厚板组织性能的影响

采用挤压棒直接冷挤压的方法,对比分析了超高强7055-T7751铝合金厚板带孔试样孔挤压前后的疲劳寿命;通过透射电镜观察、扫描电镜观察以及X射线应力分析等方法,研究了7055-T7751厚板带孔试样的疲劳断口形貌特征、微观组织变化以及孔壁表层的残余应力场。结果表明,采用3%~5%的挤压量对7055-T7751厚板进行孔挤压强化可取得较好的疲劳强化效果,试件的疲劳寿命提高了33倍以上;孔挤压后的强化层深度约为7mm,最大残余应力出现在距孔边约0.5mm处,应力值为-554MPa。强化层内形成的位错胞状结构和残余压应力可有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高试件的疲劳寿命。     

某压气机轮盘均压孔挤压强化数值仿真和挤压头设计

采用静力学求解算法、应用弹塑性有限元分析程序对挤压强化过程进行了仿真计算,研究了摩擦因数、挤压次数、挤压量、约束方式、倒圆半径、以及配合方式等参数对残余应力场的影响.根据某压气机轮盘均压孔的具体结构形式,设计了三种挤压头:单侧挤压头、柱形头和T形头.用两种材料(不锈钢1Cr11Ni2W2MoV和镍基高温合金ЗП742)设计加工了带孔薄板模拟件,用其中两种强化方法对孔边进行了强化试验,试验结果表明:T形头挤压工艺达到了提高疲劳强度的预期效果,且操作方便实用.将试验结果和数值仿真结果进行了对比,分析表明用静力通用程序可以解决金属材料孔板挤压过程的仿真问题,能有效指导挤压强化研究.      

孔冷挤压残余应力计算与工艺参数确定

本文利用弹塑性理论建立了孔冷挤压的载荷，位移，应力以及残余应力分布表达式，并对与疲劳寿命紧密相关的切向残余应力计算式进行了实验验证，实验结果表明理论计算与实验结果是基本符合的。本文还提出了确定合适的挤压量的方法。     

铆接薄壁梁疲劳寿命计算与试验分析

用液压伺服疲劳试验机,对铆接薄壁纯弯梁进行了疲劳寿命试验,给出了试验结果。用应力严重系数法,计算了铆接薄壁梁的疲劳寿命。疲劳寿命计算结果与试验结果相差较大。分析认为,给出的钉孔填充系数偏高,不适于用来计算铆接薄壁结构的疲劳寿命。经过分析和研究,给出了适于计算铆接薄壁结构疲劳寿命的较合理的钉孔填充系数。还探讨了各种改进 Ｎｅｕｂｅｒ 法对计算铆接薄壁结构疲劳寿命的适用性。     

挤压强化对TC17钛合金孔结构疲劳寿命的影响

为提高TC17中心孔试样的疲劳性能,采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线衍射仪等对孔壁表面完整性进行分析,研究孔挤压强化工艺对试样疲劳性能的影响。结果表明:过盈量为0.18 mm的孔挤压试样最小疲劳寿命(14718次)高于原始试样的最大疲劳寿命(13965次);同过盈量为0.28 mm和0.38 mm的试样相比,其疲劳寿命分散性较小、无明显的应力集中现象,具有良好的疲劳寿命增益效果;孔壁表面粗糙度值最低;孔壁内侧形成一定深度的强化层;孔边产生的残余压应力场有效地抑制了孔壁内表面疲劳裂纹的产生,有利于提高孔结构的疲劳性能。     

钛合金TB6连接孔挤压强化残余应力及疲劳寿命试验研究

针对钛合金TB6连接孔,研究直接芯棒挤压强化工艺参数对钛合金耳片的强化效果,表征不同挤压量和挤压次数下连接孔塑性变形量、孔壁残余应力和表面粗糙度,测试挤压强化前后耳片的拉–拉疲劳寿命,分析疲劳断口的形貌特征及疲劳寿命提升的原因。结果表明,挤压强化几乎不能改善孔壁表面质量,但可以使孔壁发生剧烈的塑性变形,引入一定的残余压应力;随着挤压量的增大,塑性变形量增大,残余压应力引入峰值和深度均明显增大,衰减速度减小,而挤压次数的影响相对较小;挤压强化后疲劳寿命显著提高,经由3%挤压量挤压强化后的耳片疲劳极限提升至少38%。     

孔冷挤压残余应力计算与工艺参数确定

利用弹塑性理论建立了孔冷挤压的载荷、位移、应力以及残余应力分布表达式；对与疲劳寿命紧密相关的切向残余应力计算式进行了试验验证，结果表明：理论计算与试验结果基本符合；并提出了确定合适挤压量的方法。     

二次孔挤压强化对TB6钛合金疲劳性能的影响

为了提高TB6钛合金耳片孔的疲劳抗力,研究二次孔挤压强化对TB6钛合金耳片孔试样疲劳寿命的影响,采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨二次孔挤压强化对疲劳寿命的增益机制。结果表明:相比过盈配合试样,二次孔挤压强化耳片孔试样的轴向拉伸疲劳寿命显著提高;经二次孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善;孔壁表面粗糙度显著下降;表层晶粒组织发生了明显的塑性变形;显微硬度显著提高;形成了较深的残余压应力场和组织强化层;孔壁表面完整性的改善对微动疲劳寿命的增益具有重要作用。     

孔挤压强化对两种超高强度钢疲劳裂纹起始与扩展寿命的影响

采用挤压和非挤压的中心孔试样研究了３００Ｍ和３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ两种超高强度钢在随机载荷谱加载条件下的疲劳裂纹起始和扩展寿命。试验结果表明,孔冷挤压显著提高两种超高强度钢的疲劳飞行寿命。经ＳＥＭ观察,挤压件的疲劳源产生于孔用处,为单疲劳源;未挤压件的疲劳源大多起始于孔壁表面,为多疲劳源。     

基于形状改变比能和材料属性离散的焊接残余应力估算

为了提高焊接残余应力测量精度,在2219-T87铝合金TIG焊接接头残余应力测定试验基础上,通过离散接头材料属性并利用形状改变比能对焊接残余应力进行塑性修正,分别研究孔边塑性变形和接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。结果表明：同时考虑孔边塑性变形和接头强度不匹配因素的焊接残余应力估算方法,比线弹性残余应力计算方法能最大减小39.8%的误差;当测量点距焊缝距离小于8mm时,在考虑孔边塑性变形的情况下,同时考虑接头不匹配的影响相比不考虑其影响可最大减小40.6%的误差;当测量点距焊缝距离大于8mm时,可忽略接头强度不匹配对焊接残余应力估算的影响。     

实际结构钉孔接触的弹塑性有限元分析

 本文介绍了选择受载严重钉孔的原则和采用弹塑性接触有限元计算孔边应力分布的方法。实验表明本方法和结果具有一定的可靠性和实用价值。     

冷挤压孔边残余应力场中裂纹的应力强度因子

 本文给出了复杂应力场中圆孔边穿透裂纹问题的权函数解析解和各种基本载荷作用下孔边裂纹的应力强度因子计算公式。并据此计算了冷挤压孔边残余应力场中裂纹的应力强度因子,进而讨论了裂纹在外载荷和残余应力共同作用下疲劳扩展的特点。     

LY12CZ板材冷挤压强化孔边残余应变场变化初探

 用实测方法初步探讨了ＬＹ１２ＣＺ板材冷挤压强化孔边残余应变场在３种不同交变应力幅作用下的衰减变化情况。结果表明：沿与作用应力垂直且过孔中心的轴线,孔边切向残余应变分量符合幂函数分布规律；在交变载荷作用下,当孔边实际最大应力小于材料屈服极限时,残余应变场在一定次数循环载荷作用下,会有一个突变性衰减变化,而且距孔边距离越近,衰减程度越严重。     

歼击机主起落架充气嘴处的应力测定研究

 歼击机在使用中发生主起落架外筒断裂事故,其中有的是在起落架外筒充气嘴的内螺纹处断裂。本文给出改型后起落架外筒充气嘴处的应力分布,提供起落架寿命估算和今后设计的依据,对改进后的起落架外筒进行了应力测定。     

交变应力下冷胀孔边残余应力衰减规律的有损检测试验研究

对高胀孔量下的ＬＹ１２ＣＺ板件孔边残余应力在交变应力作用下衰减规律的有损多试件普通莫尔密栅云纹检测方法进行了尝试,给出了一定载荷范围内残余应力的衰减规律,揭示了高胀孔量下残余应力的再分布现象。研究表明,本文所使用的多试件有损检测方法,不但经济可行,而且有足够精度,应用前景十分广阔。     

Ironing effect on surface integrity and fatigue behavior during ultrasonic peening drilling of Ti-6Al-4V

Imposing compressive residual stress field around a fastening hole serves as a universal method to enhance the hole fatigue strength in the aircraft assembly filed. Ultrasonic Peening Drilling (UPD) is a recently proposed hybrid hole making process, which can achieve an integration of strengthening and precision-machining with a one-shot-drilling operation. Due to the ironing effect of tool flank surface, UPD introduces large compressive residual stress filed in hole subsurface. In order to reveal the strengthening mechanism of UPD, the influence of ultrasonic vibration and tool dynamic relief angle on ironing coverage rate and its corresponding effect on surface integrity in UPD were analyzed. The experiments were conducted to verify the influence of ironing effect on surface integrity and fatigue behavior of Ti-6Al-4V hole in UPD. The results indicate that the specimen features smaller surface roughness, higher micro-hardness, plastic deformation degree and circumferential compress residual stress under higher ironing coverage rate. The fatigue life increases with the raise of ironing coverage rate, and the fatigue source site in UPD shifts from surface to subsurface comparing with that without vibration assistance. The results demonstrates that a better strengthening effect can be obtained by reasonably controlling the ironing coverage rate in UPD.     

喷丸残余应力场解析模型及其试验验证

 喷丸提高零构件疲劳抗力的主要机制是在表面层形成残余压应力场。一些作者致力于建立模型,根据给定的喷丸条件计算这一应力场。但使用的材料模式常较简单,与实际喷丸靶材差异较大。因此有必要建立适于多种靶材模式的简单解析模型及理论公式。本文从Hertz弹性接触理论出发,借助弹塑性变形理论及反向屈服、强化的物理概念,导出了各向同性强化材料满覆盖率喷丸时残余压应力场计算公式,并以试验数据验证了计算结果的可靠性。